(57)【要約】【課題】  小型で高い受電能力に優れるアンテナを備えた半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体装置１は、ポリイミドによってＩＣチップ２上に形成されるアンテナ封止部４にコイル状のアンテナ部３を設けており、アンテナ部３の螺旋中心軸３３は、ＩＣチップ２の主面に沿った方向となるように、立体的に形成されている。アンテナ部３は、一端の配線３２がＩＣチップ２の電極２０に電気的に接続され、他端の配線３１がＩＣチップ２と接続されず、自由端として開放されてグランドプレーンアンテナを構成している。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ上に形成されたアンテナ部を有する半導体装置において、
前記アンテナ部は、前記半導体素子上に螺旋状に形成されて一端が前記半導体チップと電気的に接続され、他端が開放された配線からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体チップ上に形成されたアンテナ部を有する半導体装置において、
前記アンテナ部は、前記半導体チップ上に形成された第１の配線と、前記第１の配線上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に形成された第２の配線とを有し、前記第１の配線と前記第２の配線とを電気的に接続して螺旋状に形成され、一端が前記半導体チップと電気的に接続され、他端が開放されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記アンテナ部は、螺旋中心軸が前記半導体チップの主面に沿った方向となるように形成されている請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体チップは、前記アンテナ部を介して電波を受信する受信回路を含む請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップと無線通信用のコイル状アンテナ部を有する半導体装置に関し、特に、小型で高い受電能力に優れるアンテナを備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップと無線通信用のコイル状アンテナを有し、このアンテナによって信号の送受信を行う半導体装置が提案されている。
【０００３】
この半導体装置は、半導体チップによる高い情報処理能力を有し、非接触で信号の読み取り、書き込みができることから、近年、交通，流通情報通信等の分野で普及が進んでいる。例えば、非接触型ＩＣカードとして交通手段の定期券、非接触のＩＤカード、カードキー等に広く利用されている。
【０００４】
このような半導体装置において、外部から印加される交流電磁界をアンテナで受信して電磁誘導に基づいて交流電圧を発生させることにより、半導体チップに供給する電力を発生させるものがある。特に、小型の電子機器においては、電源として搭載されるバッテリーのサイズも相応に小さくなっており、多機能化、高性能化が進む電子機器の半導体チップに十分な電力を安定的に供給できる受電能力を備えた小型受電アンテナの需要がより高まっている。
【０００５】
かかる受電アンテナの受電能力を高めるために、コイル状アンテナの開口面を大にして電磁誘導に基づく電力の供給量を大にした半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に記載された半導体装置は、ＩＣチップ上に形成された配線からなる第１の導電層と、第１の導電層上に設けられた絶縁層と、絶縁層上に形成された配線からなる第２の導電層とを有し、第１の導電層の配線と第２の導電層の配線とを電気導通可能に接続して螺旋状のコイルを形成しており、コイルの螺旋中心軸がＩＣチップの主面に沿った方向となるように設けられている。
【特許文献１】特開２００４−２１３１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の半導体装置によると、半導体チップの小型化に対してアンテナの小サイズ化を実現しているものの、受電能力については十分とは言えず、更なる受電能力の向上が見込まれている。
【０００８】
従って、本発明の目的は、小型で高い受電能力に優れるアンテナを備えた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の目的を達成するため、半導体チップ上に形成されたアンテナ部を有する半導体装置において、前記アンテナ部は、前記半導体素子上に螺旋状に形成されて一端が前記半導体チップと電気的に接続され、他端が開放された配線からなる半導体装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、半導体チップ上に形成されたアンテナ部を有する半導体装置において、前記アンテナ部は、前記半導体チップ上に形成された第１の配線と、前記第１の配線上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に形成された第２の配線とを有し、前記第１の配線と前記第２の配線とを電気的に接続して螺旋状に形成され、一端が前記半導体チップと電気的に接続され、他端が開放されている半導体装置を提供する。
【００１１】
前記アンテナ部は、螺旋中心軸が前記半導体チップの主面に沿った方向となるように形成されていることが好ましい。
【００１２】
前記半導体チップは、前記アンテナ部を介して電波を受信する受信回路を含む構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型で高い受電能力に優れるアンテナを半導体装置に設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（半導体装置１の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す回路ブロック図である。この半導体装置１は、半導体チップとしてのＩＣチップ２と、ＩＣチップ２上に半導体製造プロセスに基づいて形成されるコイル状のアンテナ部３とを有し、アンテナ部３は、ＩＣチップ２の受信回路２１に配線の一端が接続されることでλ／２ｎ長で電界結合しているグランドプレーンアンテナとして動作する。受信回路２１はＩＣチップ２のＧＮＤ電極２２に接続されている。
【００１６】
図２は、本実施の形態の半導体装置を示す斜視図である。図２中、Ｙ軸は、アンテナ部３の螺旋中心軸３３の方向を示し、Ｘ軸は、このＹ軸と垂直な方向であり、Ｚ軸は、Ｘ軸とＹ軸に垂直な方向を示す。半導体装置１は、ポリイミドによってＩＣチップ２上に形成されるアンテナ封止部４にコイル状のアンテナ部３を設けており、アンテナ部３の螺旋中心軸３３は、ＩＣチップ２の主面に沿った方向となるように、立体的に形成されている。
【００１７】
ＩＣチップ２は、送受信回路，制御回路，メモリ等の回路を集積した半導体チップであり、アンテナ部３と接続することで外部の通信装置とデータの送受信が行えるように構成されている。
【００１８】
アンテナ部３は、電解Ｃｕめっきによって形成される配線３１，３２を有し、配線３１，３２は、Ｘ軸と平行とならず、このｘ軸から傾斜した方向に、長手方向を揃えて並行に配列された複数の配線３１と、複数の配線３１と端部が接続されるように配列された複数の配線３２からなる。一端の配線３２は、ＩＣチップ２の電極２０に電気的に接続されている。また、アンテナ部３の他端の配線３１は、ＩＣチップ２とは接続されず、自由端として開放されてグランドプレーンアンテナを構成している。
【００１９】
アンテナ封止部４は、半導体製造プロセスに基づいて複数の配線３１，３２を形成するようにポリイミドの多層化によって形成されている。なお、ポリイミドの他にエポキシ、シリコーン樹脂、感光性樹脂等のいずれか、あるいは複数の絶縁性樹脂材料を用いることができる。
【００２０】
図３は、図２の半導体装置の断面図を示し、（ａ）は図２のＡ−Ａ部における断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ部における断面図である。アンテナ部３は、図３（ａ）に示すようにアンテナ封止部４を構成する第１絶縁層４１，第２絶縁層４２，及び封止樹脂層４３によって封止されている。
【００２１】
（半導体装置１の製造方法）
以下に、半導体装置１の製造方法について説明する。まず、ＩＣチップ２上に厚さ１０μｍのポリイミドからなる第１絶縁層４１を形成し、この第１絶縁層４１に電極２０と接続するための開口部をエッチングにより設ける。次に、第１絶縁層４１の表面に図示しないシード層を設けた後、電解Ｃｕめっきによって第１絶縁層４１の表面全体にＣｕめっき層を形成し、フォトリソグラフィー技術により配線３２をパターン形成する。
【００２２】
次に、配線３２を形成された第１絶縁層４１上に厚さ１０μｍのポリイミドからなる第２絶縁層４２を形成し、この第２絶縁層４２に配線３２と接続するための開口部をエッチングにより設ける。次に、第２絶縁層４２の表面に図示しないシード層を設けた後、電解Ｃｕめっきによって第２絶縁層４２の表面全体にＣｕめっき層を形成し、フォトリソグラフィー技術により配線３１をパターン形成する。次に、配線３１を形成された第１絶縁層４１上に厚さ１０μｍのポリイミドからなる封止樹脂層４３を設ける。
【００２３】
アンテナ部３の自由端となる側の配線３１は、図３（ｂ）に示すように配線３２との接続部の反対側が封止樹脂層４３に埋設される。
【００２４】
図４は、半導体装置に設けられたアンテナ部の受電能力と通信距離との関係を示す特性図であり、Ａは本実施の形態で説明したアンテナ部のデータであり、Ｂはアンテナ部の両端をＩＣチップの電極に接続した電界結合型アンテナのデータである。同図に示されるように、本実施の形態のアンテナ部３によれば、両端をＩＣチップ２の電極に接続した電界結合型アンテナに比べて高い受電能力が得られており、電界結合性に優れることを確認している。
【００２５】
（本実施の形態の効果）
上記した実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）電界Ｃｕめっきからなる配線３１，３２が第２絶縁層４２を介してＩＣチップ２上に形成されたものであり、配線３１，３２が電気導通可能に接続されて立体的な螺旋状をなすグランドプレーン型のアンテナ部３として動作するので、アンテナ部３を鎖交する磁束が多くなり、電磁誘導による電力の供給量を大きくすることができる。
（２）第２絶縁層４２を厚くすることで配線３１，３２によって形成されるアンテナ部３の開口面を容易に可変でき、所望の特性に応じたアンテナ設計を容易に行うことができる。
（３）配線３２が第２絶縁層４２を介して配線３１と積層され、配線３１が封止樹脂層４３によって封止されるので、アンテナ部３が優れた強度を有し、変形や配線の断線等の発生を防ぐことができる。
（４）半導体装置１を生体や金属物体等の表面に配置し、信号の送受信が行えるようにした場合、外部から発信された電波信号のうち、半導体装置１の垂直方向の電界は、生体や金属物体等の表面によるミラー効果によって強度が減衰しやすい。このとき、半導体装置１の垂直方向の電界が減衰した分、半導体装置１の水平方向の磁界は増加することとなる。上記した実施の形態の半導体装置１では、この強度が増加した磁界を有効に捉えることができる。
（５）アンテナ部３の配線３１，３２を電解Ｃｕメッキにより形成するので、線幅、厚さ、位置等を精度良く調整でき、かつ、容易に形成できる。
【００２６】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、配線３１，３２をＬ字型に形成し、長手方向を揃えて並行に配列するように設けても構わない。また、配線３１，３２が曲線状であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図２】本実施の形態の半導体装置を示す斜視図である。
【図３】図２の半導体装置の断面図を示し、（ａ）は図２のＡ−Ａ部における断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ部における断面図である。
【図４】半導体装置に設けられたアンテナ部の受電能力と通信距離との関係を示す特性図であり、Ａは本実施の形態で説明したアンテナ部のデータであり、Ｂはアンテナ部の両端をＩＣチップの電極に接続した電界結合型アンテナのデータである。
【符号の説明】
【００２８】
１…半導体装置、２…ＩＣチップ、３…アンテナ部、４…アンテナ封止部、２０…電極、２１…受信回路、２２…電極、３１…配線、３２…配線、３３…螺旋中心軸、４１…第１絶縁層、４２…第２絶縁層、４３…封止樹脂層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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